CN114634763A - 一种具有蛋白涂层的交联材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有蛋白涂层的交联材料及其制备方法,属于生物材料技术领域。该交联材料的制备方法包括以下步骤:将待改性材料与多巴胺溶液混合以得到多巴胺修饰的待改性材料;之后将多巴胺修饰的待改性材料与改性溶液混合以在材料的表面自组装形成涂层;随后再与交联剂溶液混合;改性溶液的制备原料包括氧化剂溶液、可溶性铜盐及蛋白质溶液;交联剂溶液中所含的交联剂包括京尼平及其衍生物、戊二醛及其衍生物、多酚及其衍生物中的至少一种。该制备方法能够在待改性材料表面修饰蛋白涂层,赋予其生物功能性,使其不易凝固,更好地满足临床应用的需求,且能够使蛋白涂层在待改性材料表面的结合更加牢固,解决蛋白涂层在体内容易降解的问题。
Description
技术领域
本发明涉及生物材料技术领域,具体而言,涉及一种具有蛋白涂层的交联材料及其制备方法。
背景技术
近年来,作为材料科学与生命科学等多学科交叉的生物材料备受关注,其在诊断、治疗、修复或替换人体组织器官或增进其组织功能方面发挥了不可替代的作用,极大地提高了疾病治疗的水平与质量。
但是,随着时代的发展与科技的进步,临床上对生物材料的需求逐渐增大,且对生物材料的要求也逐渐提高。现在使用的生物材料,尤其是与人体组织与器官接触的医用材料已不能满足临床应用的需求。在临床使用中,血液接触类器械易发生栓塞与感染。例如,据统计,中心静脉导管导致的静脉血栓的发生率为8.3%,而其导致的感染占医院感染的60%以上,发生率为5.0-26.0%,死亡率高达15-38%。
为进一步提高疾病治疗水平,缓解病人痛苦与降低疾病治疗成本,要求同时赋予材料生物相容性与生物功能性。生物相容性是材料与机体之间的关系,主要包括血液相容性与组织相容性,要求材料不导致溶血与血栓、无毒、无免疫排斥反应、无热原反应、无致癌性等。生物功能性聚焦于实现特定生物功能,使材料在机体内代替组织发挥功能。
多巴胺是生物体内的一种天然分泌物质,具有良好的生物相容性。在一定条件下,通过超分子组装形成多巴胺涂层。多巴胺涂层是一种普遍的胶水涂层,能够牢固地黏附在大部分无机和有机基材上。黏附机理普遍认为来源于领苯二酚和氨基官能团,这种结构能与有机、无机表面建立共价与非共价相互作用。且聚多巴胺涂层表面存在丰富的氨基官能团,能够作为二级反应平台,为交联反应提供官能团。
蛋白质作为一类重要的生物大分子,在细胞中发挥多种多样的功能,涵盖了细胞生命活动的各个方面:发挥催化作用的酶;参与生物体内的新陈代谢的调剂作用,如胰岛素;发挥储存作用,如植物种子中的大量蛋白质,就是用来萌发时的储备;还有免疫、细胞分化、细胞凋亡等过程中都有大量蛋白质参与。且蛋白质的生物相容性良好。蛋白质由于其功能性与良好的生物相容性,成为制备生物材料的一大选择。
但目前的具有蛋白涂层的相关材料至少存在以下问题:容易凝固且蛋白涂层在体内容易降解。
鉴于此,特提出本发明。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种蛋白涂层的制备方法以解决上述技术问题。
本发明的目的之二在于提供一种由上述制备方法制备而得的蛋白涂层。
本申请可这样实现:
第一方面,本申请提供一种具有蛋白涂层的交联材料的制备方法,包括以下步骤:将待改性材料与多巴胺溶液混合以得到多巴胺修饰的待改性材料;之后将多巴胺修饰的待改性材料与改性溶液混合以在多巴胺修饰的待改性材料的表面自组装形成蛋白涂层;随后再与交联剂溶液混合以发生交联反应;
多巴胺溶液的制备包括多巴胺及其衍生物中的至少一种;改性溶液的制备原料包括氧化剂溶液、可溶性铜盐以及蛋白质溶液;交联剂溶液中所含的交联剂包括京尼平及其衍生物、戊二醛及其衍生物、多酚及其衍生物中的至少一种。
在可选的实施方式中,将待改性材料与多巴胺溶液混合是将待改性材料浸没于多巴胺溶液内,于0-60℃的有氧条件下反应2-72h。
在可选的实施方式中,多巴胺溶液制备原料包括多巴胺及其衍生物中的至少一种,pH为8-9,溶剂为浓度为0.01-100mg/mL的Tris缓冲液。
在可选的实施方式中,多巴胺修饰的待改性材料与改性溶液混合是将多巴胺修饰的待改性材料浸没于改性溶液内,于15-60℃的条件下反应2-72h。
在可选的实施方式中,改性溶液所用的氧化剂溶液、可溶性铜盐以及蛋白质溶液的浓度均独立地为0.01-100mg/mL,氧化剂溶液、可溶性铜盐以及蛋白质溶液的体积比为1:1:1。
在可选的实施方式中,氧化剂溶液中的氧化剂包括无机过氧化物及有机过氧化物中的至少一种。
在可选的实施方式中,有机过氧化物包括过硫酸盐、高碘酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、H2O2、硝酸盐和高锰酸盐中的至少一种。
在可选的实施方式中,无机过氧化物包括Na2O2、K2O2、MgO2、CaO2和BaO2中的至少一种。
在可选的实施方式中,可溶性铜盐包括氯化铜、氯化亚铜、硫酸铜、硫酸亚铜、溴化铜、溴化亚铜、碘化铜、碘化亚铜、硝酸铜、碳酸铜、柠檬酸铜、酒石酸铜、丙酸铜和醋酸铜中的至少一种。
在可选的实施方式中,蛋白质溶液中的蛋白质包括白蛋白、溶菌酶、聚赖氨酸、胶原蛋白、纤维蛋白、乳清白蛋白、角蛋白和丝蛋白中的至少一种。
在可选的实施方式中,待改性材料包括金属材料、无机材料、高分子材料、天然生物材料以及人工合成多肽类凝胶材料中的至少一种。
在可选的实施方式中,金属材料包括不锈钢、钴基合金、钛及其合金、镍钛合金、铂及其合金、镁及其合金、铁及其合金、锌及其合金中的至少一种。
在可选的实施方式中,无机材料包括二氧化钛、碳素材料、硅、二氧化硅、羟基磷灰石、磷酸钙、氮化硅、碳化硅、硅铝酸盐、钙铝系、生物玻璃、磷酸钙、氧化钛、氮化钛和生物医用微纳米粒子中的至少一种。
在可选的实施方式中,生物医用微纳米粒子包括四氧化三铁纳米粒子、二氧化硅纳米粒子、氧化钛纳米粒子和氧化锌纳米粒子中的至少一种。
在可选的实施方式中,高分子材料包括涤纶、聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚乙醇酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯、聚乳酸、乙交酯-丙交酯共聚物、聚三亚甲基碳酸酯、聚己内酯、聚羟基脂肪酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚酰胺、聚二恶烷酮、环氧树脂、硅橡胶、硅凝胶、聚丙烯酸及其衍生物、聚乙二醇及其衍生物和聚乙烯醇中的至少一种。
在可选的实施方式中,天然生物材料包括动物来源的脱细胞组织和器官、明胶、胶原蛋白、透明质酸钠、纤维蛋白、海藻酸钠、琼脂糖、丝蛋白、角质蛋白以及多糖中的至少一种。
在可选的实施方式中,动物来源的脱细胞组织和器官包括血管、瓣膜、心脏、骨、肺、韧带、膀胱、粘膜、角膜中的至少一种。
在可选的实施方式中,多糖包括可塑性淀粉材料、纤维素、半纤维素、木质素、甲壳素及其衍生物中的至少一种。
在可选的实施方式中,人工合成多肽类水凝胶材料包括L-赖氨酸以及聚L-谷胺酸中至少一种。
在可选的实施方式中,与交联剂溶液混合是将待改性材料表面自组装形成蛋白涂层后的改性材料浸没于交联剂溶液中。
在可选的实施方式中,交联剂的浓度为0.01-10mg/mL。
在可选的实施方式中,改性材料在交联剂溶液中的浸没时间为1s-10天。
在可选的实施方式中,在与改性溶液混合前,还包括清洗待改性材料的表面。
在可选的实施方式中,清洗采用等离子体清洗方式进行。
在可选的实施方式中,等离子体清洗条件包括:气体流率为0.01-20mL/min、直流电压为50-300V、输出功率10-400W、处理时间为1min-24h。
在可选的实施方式中,还包括将待改性材料表面自组装形成蛋白涂层后的改性材料进行清洗干燥。
在可选的实施方式中,还包括将交联反应后的交联产品进行清洗干燥。
在可选的实施方式中,两次干燥均采用氮气吹干。
第二方面,本申请提供一种具有蛋白涂层的交联材料,经前述实施方式任一项的制备方法制备而得。
本申请的有益效果包括:
通过将获得多巴胺修饰的待改性材料,之后将多巴胺修饰的待改性材料与改性溶液混合以在待改性材料的表面自组装形成蛋白涂层,能够解决目前临床医用生物材料功能性不足的问题,改性溶液中的蛋白质具有功能性,通过在待改性材料表面修饰引入有铜离子的蛋白涂层,能够赋予待改性材料生物功能性,使其更好地满足临床应用的需求,例如抗菌、抗凝等。
所用的特定交联剂能够与蛋白质分子上的氨基、羧基等基团反应,连接蛋白质分子,使其结合更加牢固。该特定交联剂较其它交联剂更能使本申请蛋白涂层内的分子有效连接在一起,且能交联多巴胺涂层表面的氨基与蛋白质分子上的氨基,使蛋白涂层具有更强的结合能力,有利于抑制或降低蛋白涂层在体内的降解,提高交联材料的长期稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请试验例中抗血小板黏附测试的结果图;
图2为本申请试验例中抗菌测试的结果图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本申请提供的具有蛋白涂层的交联材料及其制备方法进行具体说明。
本申请提出一种具有蛋白涂层的交联材料的制备方法,包括以下步骤:将待改性材料与多巴胺溶液混合以得到多巴胺修饰的待改性材料;之后将多巴胺修饰的待改性材料与改性溶液混合以在待改性材料的表面自组装形成蛋白涂层;随后再与交联剂溶液混合以发生交联反应;
多巴胺溶液的制备包括多巴胺及其衍生物中的至少一种;改性溶液的制备原料包括氧化剂溶液、可溶性铜盐以及蛋白质溶液;交联剂溶液中所含的交联剂包括京尼平及其衍生物、戊二醛及其衍生物、多酚及其衍生物中的至少一种。
多巴胺溶液浓度为0.01-100mg/mL,如0.01mg/mL、0.05mg/mL、0.1mg/mL、0.2mg/mL、0.5mg/mL、0.8mg/mL、1mg/mL、2mg/mL、5mg/mL、8mg/mL、10mg/mL、20mg/mL、50mg/mL、80mg/mL或100mg/mL等,也可以为0.01-100mg/mL范围内的其它任意值。
需要说明的是,多巴胺溶液浓度低于0.01mg/mL会导致多巴胺超分子组装速度过慢,难以形成涂层;多巴胺浓度高于100mg/mL会导致多巴胺组装速度过快,涂层形成难以控制。
可参考地,待改性材料与多巴胺溶液混合是将待改性材料浸没于多巴胺溶液内,于0-60℃的条件下反应2-72h。
具体的,上述反应温度示例性地可以为0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃或60℃等,也可以为15-60℃范围内的其它任意值。
反应时间示例性地可以为2h、5h、8h、10h、15h、20h、25h、30h、35h、40h、45h、50h、55h、60h、65h、70h或72h等,也可以为2-72h范围内的其它任意值。
若反应温度低于0℃或反应时间短于2h,会导致涂层沉积过薄;若反应温度高于60℃或反应时间长于72h,容易导致涂层沉积过厚,涂层稳定性也将受到影响。
作为可选的,上述多巴胺溶液制备原料包括多巴胺及其衍生物内的至少一种。
待改性材料示例性地可包括金属材料、无机材料、高分子材料、天然生物材料以及人工合成多肽类凝胶材料中的至少一种。
金属材料示例性地可包括不锈钢、钴基合金、钛及其合金、镍钛合金、铂及其合金、镁及其合金、铁及其合金、锌及其合金中的至少一种。
无机材料示例性地可包括二氧化钛、碳素材料(C)、硅(Si)、二氧化硅(SiO2)、羟基磷灰石、磷酸钙(Ca3(PO4)2)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、硅铝酸盐(Na2O·Al2O3·SiO2)、钙铝系(CaO·Al2O3)、生物玻璃(SiO2·CaO·Na2O·P2O5)、磷酸钙、氧化钛、氮化钛和生物医用微纳米粒子中的至少一种。
生物医用微纳米粒子示例性地可包括四氧化三铁纳米粒子、二氧化硅纳米粒子、氧化钛纳米粒子和氧化锌纳米粒子中的至少一种。其中,二氧化硅纳米离子可以为介孔物质或量子点,氧化钛纳米粒子可以为量子点,氧化锌纳米粒子也可以为量子点。
高分子材料示例性地可包括涤纶(PET)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氨酯(PU)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯醇(PVALC)、聚丙烯(PP)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚乙醇酸(PGA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚醋酸乙烯酯(PVA)、聚乳酸(PLA)、乙交酯-丙交酯共聚物(PLGA)、聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)、聚己内酯(PCL)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚酰胺(PA)、聚二恶烷酮(PDS)、环氧树脂(Epoxy)、硅橡胶、硅凝胶、聚丙烯酸(PAA)及其衍生物、聚乙二醇及其衍生物和聚乙烯醇(PVA)中的至少一种。
天然生物材料示例性地可包括动物来源的脱细胞组织和器官(如血管、瓣膜、心脏、骨、肺、韧带、膀胱、粘膜、角膜等)、明胶(gelatin)、胶原蛋白(collagen)、透明质酸钠(sodium hyaluronate)、纤维蛋白(fibrousprotein)、海藻酸钠(sodium alginate)、琼脂糖(agarose)、丝蛋白、角质蛋白以及多糖中的至少一种。其中,多糖例如可包括可塑性淀粉材料(PSM)、纤维素、半纤维素、木质素、甲壳素及其衍生物中的至少一种。
人工合成多肽类水凝胶材料示例性地可包括L-赖氨酸以及聚L-谷胺酸中至少一种。
可参考地,多巴胺修饰的待改性材料与待改性溶液混合是将多巴胺修饰的待改性材料浸没于待改性溶液中。
改性溶液所用的氧化剂溶液、可溶性铜盐以及蛋白质溶液的浓度均独立地可以为0.01-100mg/mL,如0.01mg/mL、0.05mg/mL、0.1mg/mL、0.2mg/mL、0.5mg/mL、0.8mg/mL、1mg/mL、2mg/mL、5mg/mL、8mg/mL、10mg/mL、20mg/mL、50mg/mL、80mg/mL或100mg/mL等,也可以为0.01-100mg/mL范围内的其它任意值。
氧化剂溶液、可溶性铜盐以及蛋白质溶液的体积比示例性地可以为1:1:1。
需要说明的是,氧化剂溶液的浓度低于0.01mg/mL会导致蛋白质变性程度过低,难以形成蛋白质涂层;高于100mg/mL会导致蛋白质变性过度,丧失其生物功能。可溶性铜盐浓度低于0.01mg/mL会导致催化释放NO速率过低,无法发挥其生物功能;高于100mg/mL会使涂层具备生物毒性,无法满足临床的需求。蛋白质溶液的浓度低于0.01mg/mL会导致涂层过薄,不具备生物功能,高于100mg/mL会导致涂层沉积难以控制。
可参考地,多巴胺修饰的待改性材料与改性溶液混合是将多巴胺修饰的待改性材料浸没于改性溶液内,于15-60℃的条件下反应2-72h。
具体的,上述反应温度示例性地可以为15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃或60℃等,也可以为15-60℃范围内的其它任意值。
反应时间示例性地可以为2h、5h、8h、10h、15h、20h、25h、30h、35h、40h、45h、50h、55h、60h、65h、70h或72h等,也可以为2-72h范围内的其它任意值。
若反应温度低于15℃或反应时间短于2h,会导致涂层沉积过薄;若反应温度高于60℃或反应时间长于72h,容易导致涂层沉积过厚,蛋白活性也会受影响。
作为可选地,上述氧化剂溶液中的氧化剂包括无机过氧化物和有机过氧化物中的至少一种。其中,有机过氧化物示例性地可包括过硫酸盐、高碘酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、H2O2、硝酸盐和高锰酸盐中的至少一种。无机过氧化物示例性地可包括Na2O2、K2O2、MgO2、CaO2和BaO2中的至少一种。
可溶性铜盐示例性地可包括氯化铜(CuCl2·2H2O)、氯化亚铜(CuCl)、硫酸铜(CuSO4)、硫酸亚铜(Cu2SO4)、溴化铜(CuBr)、溴化亚铜(CuBr2)、碘化铜(CuI)、碘化亚铜(CuI2)、硝酸铜(CuNO4)、碳酸铜(CuCO3)、柠檬酸铜(C6H6CuO7)、酒石酸铜(C4H4CuO6·3H2O)、丙酸铜(Cu(CO2CH3CH2)2)和醋酸铜(Cu(CO2CH3)2)中的至少一种。
蛋白质溶液中的蛋白质示例性地可包括白蛋白(BSA)、溶菌酶(LZM)、聚赖氨酸(DP)、胶原蛋白(Collagen)、纤维蛋白(Fibrin)、乳清白蛋白(Lactalbumin)、角蛋白和丝蛋白中的至少一种。
通过将待改性材料与改性溶液混合以在待改性材料的表面自组装形成蛋白涂层,该过程涉及的原理包括:可溶性铜盐中的铜离子能够与蛋白质溶液中的蛋白质结合,从而为涂层引入铜离子。在氧化剂溶液所提供的氧自由基作用下,蛋白质发生相转变,从而自组装形成涂层。
上述操作能够解决目前临床医用生物材料功能性不足的问题,改性溶液中的蛋白质具有功能性,通过在待改性材料表面修饰引入有铜离子的蛋白涂层,能够赋予待改性材料生物功能性,使其更好地满足临床应用的需求,例如抗菌、抗凝等。
其中,铜离子具有广谱的抗菌作用,其会吸附在细菌表面,破坏细菌细胞膜的功能而进入细胞内部,使某些细胞成分逸出,干扰细胞代谢过程或干扰各种酶的作用,使其失去应有的生物功能,最后导致细菌的死亡。除具有抗菌功能外,铜离子还能够通过催化人体内源源不断合成的NO供体,如S-亚硝基硫醇产生NO,调节血小板,抑制血栓形成,达到抗凝的功能。
需强调的是,本申请中引入铜离子除了上述作用以外,还能够起到加速涂层沉积的作用,其原理在于:铜离子能够和蛋白质侧链的氨基酸基团络合,加速蛋白质的自组装聚集过程。
在可选的实施方式中,还包括将待改性材料表面自组装形成蛋白涂层后的改性材料进行清洗干燥,例如可采用氮气吹干。
本申请中,为便于理解,表面自组装形成蛋白涂层后的产品定义为改性材料。
可参考地,改性材料与交联剂溶液混合是将待改性材料表面自组装形成蛋白涂层后的改性材料浸没于交联剂溶液中。
交联剂是指一类分子两端各有一个相同或者不同的活性基团,可与其他分子上的氨基、巯基、羟基等发生共价结合而使其交联。
本申请所用的交联剂包括京尼平及其衍生物、戊二醛及其衍生物、多酚及其衍生物中的至少一种,上述物质能够与蛋白质分子上的氨基、羧基等基团反应,连接蛋白质分子,使其结合更加牢固。需强调的是,上述交联物质较其它普通交联剂更能使本申请蛋白涂层内的分子有效连接在一起,使蛋白涂层具有更强的结合能力,有利于抑制或降低蛋白涂层在体内的降解,提高交联材料的长期稳定性。并且上述交联物质生物相容性良好,不会对生物体造成伤害。
具体的,交联原理可参照:在酸性条件下,蛋白质分子上氨基基团能够与亲核攻击京尼平分子上的烯碳原子,二氢吡喃环打开,形成杂环胺,这样可以形成由短链京尼平为交联桥的网状结构聚合物。在碱性条件下,水溶液中的氢氧根离子通过亲核反应攻击京尼平,随后京尼平开环形成一个醛基中间体,开环京尼平单分子醛醇缩合形成大分子聚合物,聚合京尼平的末端醛基可以和蛋白质上的氨基进行席夫碱反应,形成交联网状结构。戊二醛是一种双功能交联剂,其所含的两个醛基可分别与蛋白质的氨基形成希夫氏碱,中间以五个碳原子连接在一起。
作为参考地,上述交联剂的浓度示例性地可以为0.01-10mg/mL,如0.01mg/mL、0.2mg/mL、0.5mg/mL、1mg/mL、2mg/mL、5mg/mL、8mg/mL或10mg/mL等,也可以为0.01-10mg/mL范围内的其它任意值。
改性材料在交联剂溶液中的浸没时间为可以1s-10天,如1s、5s、10s、30s、1min、10min、30min、1h、2h、10h、24h、2天、3天、4天、5天、6天、7天、8天、9天或10天等,也可以为1s-10天范围内的其它任意值。
需强调的是,若交联时间过长或交联浓度过大,会导致蛋白涂层交联密度过大,从而破坏蛋白本身的结构,影响其功能的发挥。若交联时间太短或浓度太低,则会导致涂层稳定性不佳,不能长期服役。
在一些可选的实施方式中,在与改性溶液混合前,还包括清洗待改性材料的表面。
可参考地,清洗可采用等离子体清洗方式进行。
等离子体清洗条件包括:气体流率为0.01-20mL/min(如0.01mL/min、0.05mL/min、1mL/min、2mL/min、5mL/min、10mL/min、12mL/min、15mL/min、18mL/min或20mL/min等)、直流电压为50-300V(如50V、100V、150V、200V、250V或300V等)、输出功率10-400W(如10W、20W、50W、100W、150W、200W、250W、300W、350W或400W等)、处理时间为1min-24h(如1min、10min、30min、1h、2h、5h、10h、15h、20h或24h等)。
进一步地,还包括将交联反应后的交联产品进行清洗干燥,例如可采用氮气吹干。
相应地,本申请还提供一种经上述制备方法制备而得的具有蛋白涂层的交联材料。
该交联材料具有良好的生物相容性和抗菌抗凝功能,并且,该交联材料不易凝固,也不容易在体内降解(蛋白涂层与待改性材料表面结合牢固),在体内环境能够长期保持功能,具有长期稳定性。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种具有蛋白涂层的交联材料,其经以下方法制备而得:
A、将待表面改性材料采用等离子体设备清洗,气体流率为5mL/min、直流电压为180V、输出功率为150W、处理时间为2min。
其中,待表面改性材料为硅橡胶(SR)。
B、将盐酸多巴胺以10mg/mL浓度溶解在pH约为8.5的Tris缓冲液中,之后将经A步骤处理的待改性材料浸没与多巴胺溶液中,在有氧条件下,37℃反应24h。反应结束后,将所制得的样品清洗,并在氮气氛围下干燥。
C、将溶菌酶以10mg/mL浓度溶解在UP水中,牛血清白蛋白以30mg/mL浓度溶解在UP水中,过硫酸钠以20mg/mL浓度溶解在UP水中,氯化铜以0.05mg/mL浓度溶解在UP水中。
将溶菌酶溶液、白蛋白溶液、过硫酸钠溶液、氯化铜溶液溶液以1:1:1:1的体积比混合,得到混合反应液(改性溶液)。
将B步骤处理过的待改性材料浸没在混合反应溶液中,在室温(25℃)下反应6h。
D、反应结束后,对C步骤所得的样品清洗,并在N2氛围下干燥。
E、将京尼平以5mg/mL溶解在PBS(pH≈7.4)中。将清洗干燥的样品浸泡在京尼平溶液中,室温(25℃)反应24h。
反应结束后,对E步骤所得的样品清洗,并在N2氛围下干燥。
实施例2
本实施例提供了一种具有蛋白涂层的交联材料,其经以下方法制备而得:
A、待表面改性材料为Ni-Ti合金。其余同实施例1。
B、将盐酸多巴胺换为右旋多巴胺,其余同实施例1。
C、将溶菌酶以10mg/mL浓度溶解在UP水中,聚赖氨酸以30mg/mL浓度溶解在UP水中,过硫酸钠以20mg/mL浓度溶解在UP水中,氯化铜以0.1mg/mL浓度溶解在UP水中。
将溶菌酶溶液、聚赖氨酸溶液、过硫酸钠溶液、氯化铜溶液以1:1:1:1的体积比混合,得到混合反应液(改性溶液)。
将B步骤处理过的待改性材料浸没在混合反应溶液中,在室温(25℃)下反应6h。
D、同实施例1。
E、将京尼平以5mg/mL溶解在PBS(pH≈7.4)中。将清洗干燥的样品浸泡在京尼平溶液中,室温(25℃)反应24h。
反应结束后,对E步骤所得的样品清洗,并在N2氛围下干燥。
实施例3
本实施例提供了一种具有蛋白涂层的交联材料,其经以下方法制备而得:
A、待表面改性材料为TiN。其余同实施例1。
B、同实施例1。
C、将牛血清白蛋白以30mg/mL浓度溶解在UP水中,聚赖氨酸以30mg/mL浓度溶解在UP水中,过硫酸钠以20mg/mL浓度溶解在UP水中,氯化铜以0.1mg/mL浓度溶解在UP水中。
将牛血清溶液、聚赖氨酸溶液、过硫酸钠溶液、氯化铜溶液以1:1:1:1的体积比混合,得到混合反应液(改性溶液)。
将B步骤处理过的待改性材料浸没在混合反应溶液中,在室温(25℃)下反应6h。
D、同实施例1。
E、将京尼平以5mg/mL溶解在PBS(pH≈7.4)中。将清洗干燥的样品浸泡在京尼平溶液中,室温(25℃)反应24h。
反应结束后,对E步骤所得的样品清洗,并在N2氛围下干燥。
实施例4
本实施例提供了一种具有蛋白涂层的交联材料,其经以下方法制备而得:
A、待表面改性材料为PET。其余同实施例1。
B、同实施例1。
C、将溶菌酶以10mg/mL浓度溶解在UP水中,牛血清白蛋白以30mg/mL浓度溶解在UP水中,过硫酸铵以20mg/mL浓度溶解在UP水中,氯化铜以0.01mg/mL浓度溶解在UP水中。
将溶菌酶溶液、牛血清白蛋白溶液、过硫酸铵溶液、氯化铜溶液以1:1:1:1的体积比混合,得到混合反应液(改性溶液)。
将B步骤处理过的待改性材料浸没在混合反应溶液中,在室温(25℃)下反应6h。
D、同实施例1。
E、将京尼平以5mg/mL溶解在PBS(pH≈7.4)中。将清洗干燥的样品浸泡在京尼平溶液中,室温(25℃)反应24h。
反应结束后,对E步骤所得的样品清洗,并在N2氛围下干燥。
实施例5
本实施例提供了一种具有蛋白涂层的交联材料,其经以下方法制备而得:
A、待表面改性材料为四氧化三铁纳米粒子。其余同实施例1。
B、同实施例1。
C、将溶菌酶以10mg/mL浓度溶解在UP水中,聚赖氨酸以30mg/mL浓度溶解在UP水中,过硫酸铵以20mg/mL浓度溶解在UP水中,氯化铜和氯化铁以5mg/mL浓度溶解在UP水中。
将溶菌酶溶液、聚赖氨酸溶液、过硫酸铵溶液、氯化铜及氯化铁溶液以1:1:1:1:1的体积比混合,得到混合反应液(改性溶液)。
将B步骤处理过的待改性材料浸没在混合反应溶液中,在室温(25℃)下反应6h。
D、同实施例1。
E、将京尼平以5mg/mL溶解在PBS(pH≈7.4)中。将清洗干燥的样品浸泡在京尼平溶液中,室温(25℃)反应24h。
反应结束后,对E步骤所得的样品清洗,并在N2氛围下干燥。
实施例6
本实施例提供了一种具有蛋白涂层的交联材料,其经以下方法制备而得:
A、待表面改性材料为二氧化硅纳米粒子量子点。其余同实施例1。
B、同实施例1。
C、将牛血清白蛋白以30mg/mL浓度溶解在UP水中,聚赖氨酸以30mg/mL浓度溶解在UP水中,过硫酸铵以20mg/mL浓度溶解在UP水中,氯化铜以5mg/mL浓度溶解在UP水中。
将牛血清白蛋白溶液、聚赖氨酸溶液、过硫酸铵溶液、氯化铜溶液以1:1:1:1的体积比混合,得到混合反应液(改性溶液)。
将B步骤处理过的待改性材料浸没在混合反应溶液中,在室温(25℃)下反应6h。
D、同实施例1。
E、将京尼平以5mg/mL溶解在PBS(pH≈7.4)中。将清洗干燥的样品浸泡在京尼平溶液中,在室温(25℃)下反应24h。
反应结束后,对E步骤所得的样品清洗,并在N2氛围下干燥。
实施例7
本实施例提供了一种具有蛋白涂层的交联材料,其经以下方法制备而得:
A、待表面改性材料为氧化钛纳米粒子量子点。其余同实施例1。
B、同实施例1。
C、将溶菌酶以10mg/mL浓度溶解在UP水中,牛血清白蛋白以30mg/mL浓度溶解在UP水中,高碘酸钠以20mg/mL浓度溶解在UP水中,氯化铜以0.5mg/mL浓度溶解在UP水中。
将溶菌酶溶液、牛血清白蛋白溶液、高碘酸钠溶液、氯化铜溶液以1:1:1:1的体积比混合,得到混合反应液(改性溶液)。
将B步骤处理过的待改性材料浸没在混合反应溶液中,在室温(25℃)下反应6h。
D、同实施例1。
E、将京尼平以5mg/mL溶解在PBS(pH≈7.4)中。将清洗干燥的样品浸泡在京尼平溶液中,室温(25℃)反应24h。
反应结束后,对E步骤所得的样品清洗,并在N2氛围下干燥。
实施例8
本实施例提供了一种具有蛋白涂层的交联材料,其经以下方法制备而得:
A、待表面改性材料为PTMC。其余同实施例1。
B、同实施例1。
C、将溶菌酶以10mg/mL浓度溶解在UP水中,聚赖氨酸以30mg/mL浓度溶解在UP水中,高碘酸钠以20mg/mL浓度溶解在UP水中,氯化铜以5mg/mL浓度溶解在UP水中。
将溶菌酶溶液、聚赖氨酸溶液、高碘酸钠溶液、氯化铜溶液以1:1:1:1的体积比混合,得到混合反应液(改性溶液)。
将B步骤处理过的待改性材料浸没在混合反应溶液中,在室温下反应6h。
D、同实施例1。
E、将京尼平以5mg/mL溶解在PBS(pH≈7.4)中。将清洗干燥的样品浸泡在京尼平溶液中,37℃反应12h。
反应结束后,对E步骤所得的样品清洗,并在N2氛围下干燥。
实施例9
本实施例提供了一种具有蛋白涂层的交联材料,其经以下方法制备而得:
A、待表面改性材料为CoCr。其余同实施例1。
B、同实施例1。
C、将牛血清白蛋白以30mg/mL浓度溶解在UP水中,聚赖氨酸以20mg/mL浓度溶解在UP水中,高碘酸钠以0.2mg/mL浓度溶解在UP水中,氯化铜以5mg/mL浓度溶解在UP水中。
将牛血清白蛋白溶液、聚赖氨酸溶液、高碘酸钠溶液、氯化铜溶液以1:1:1:1的体积比混合,得到混合反应液(改性溶液)。
将B步骤处理过的待改性材料浸没在混合反应溶液中,在室温下反应6h。
D、同实施例1。
E、将京尼平以50mg/mL溶解在PBS(pH≈7.4)中。将清洗干燥的样品浸泡在京尼平溶液中,室温(25℃)反应24h。
反应结束后,对E步骤所得的样品清洗,并在N2氛围下干燥。
实施例10
本实施例提供了一种具有蛋白涂层的交联材料,其经以下方法制备而得:
A、待表面改性材料为316L SS。其余同实施例1。
B、同实施例1。
C、将溶菌酶以10mg/mL浓度溶解在UP水中,牛血清白蛋白以30mg/mL浓度溶解在UP水中,过硫酸钠以20mg/mL浓度溶解在UP水中,硫酸铜以5mg/mL浓度溶解在UP水中。
将溶菌酶溶液、牛血清白蛋白溶液、过硫酸钠溶液、硫酸铜溶液以1:1:1:1的体积比混合,得到混合反应液(改性溶液)。
将B步骤处理过的待改性材料浸没在混合反应溶液中,在室温(25℃)下反应6h。
D、同实施例1。
E、将京尼平以5mg/mL溶解在PBS(pH≈7.4)中。将清洗干燥的样品浸泡在京尼平溶液中,室温(25℃)反应24h。
反应结束后,对E步骤所得的样品清洗,并在N2氛围下干燥。
实施例11
本实施例提供了一种具有蛋白涂层的交联材料,其经以下方法制备而得:
A、待表面改性材料为氧化锌纳米粒子量子点。其余同实施例1。
B、同实施例1。
C、将溶菌酶以10mg/mL浓度溶解在UP水中,聚赖氨酸以30mg/mL浓度溶解在UP水中,过硫酸钠以20mg/mL浓度溶解在UP水中,硫酸铜以5mg/mL浓度溶解在UP水中。
将溶菌酶溶液、聚赖氨酸溶液、过硫酸钠溶液、硫酸铜溶液以1:1:1:1的体积比混合,得到混合反应液(改性溶液)。
将B步骤处理过的待改性材料浸没在混合反应溶液中,在室温下反应6h。
D、同实施例1。
E、将京尼平以5mg/mL溶解在PBS(pH≈7.4)中。将清洗干燥的样品浸泡在京尼平溶液中,室温(25℃)反应24h。
反应结束后,对E步骤所得的样品清洗,并在N2氛围下干燥。
实施例12
本实施例提供了一种具有蛋白涂层的交联材料,其经以下方法制备而得:
A、待表面改性材料为PTFE。其余同实施例1。
B、同实施例1。
C、将牛血清白蛋白以30mg/mL浓度溶解在UP水中,聚赖氨酸以30mg/mL浓度溶解在UP水中,过硫酸钠以20mg/mL浓度溶解在UP水中,硫酸铜以5mg/mL浓度溶解在UP水中。
将牛血清白蛋白溶液、聚赖氨酸溶液、过硫酸钠溶液、硫酸铜溶液以1:1:1:1的体积比混合,得到混合反应液(改性溶液)。
将B步骤处理过的待改性材料浸没在混合反应溶液中,在室温下反应6h。
D、同实施例1。
E、将京尼平以5mg/mL溶解在PBS(pH≈7.4)中。将清洗干燥的样品浸泡在京尼平溶液中,室温(25℃)反应24h。
反应结束后,对E步骤所得的样品清洗,并在N2氛围下干燥。
实施例13
本实施例提供了一种具有蛋白涂层的交联材料,其经以下方法制备而得:
A、待表面改性材料为镁合金。其余同实施例1。
B、同实施例1。
C、将溶菌酶以10mg/mL浓度溶解在UP水中,牛血清白蛋白以30mg/mL浓度溶解在UP水中,过硫酸铵以20mg/mL浓度溶解在UP水中,硫酸铜以5mg/mL浓度溶解在UP水中。
将溶菌酶溶液、牛血清白蛋白溶液、过硫酸铵溶液、硫酸铜溶液以1:1:1:1的体积比混合,得到混合反应液(改性溶液)。
将B步骤处理过的待改性材料浸没在混合反应溶液中,在室温下反应6h。
D、同实施例1。
E、将京尼平以5mg/mL溶解在PBS(pH≈7.4)中。将清洗干燥的样品浸泡在京尼平溶液中,室温(25℃)反应24h。
反应结束后,对E步骤所得的样品清洗,并在N2氛围下干燥。
实施例14
本实施例提供了一种具有蛋白涂层的交联材料,其经以下方法制备而得:
A、待表面改性材料为锌合金。其余同实施例1。
B、同实施例1。
C、将溶菌酶以10mg/mL浓度溶解在UP水中,聚赖氨酸以30mg/mL浓度溶解在UP水中,过硫酸铵以20mg/mL浓度溶解在UP水中,硫酸铜以5mg/mL浓度溶解在UP水中。
将溶菌酶溶液、聚赖氨酸溶液、过硫酸铵溶液、硫酸铜溶液以1:1:1:1的体积比混合,得到混合反应液(改性溶液)。
将B步骤处理过的待改性材料浸没在混合反应溶液中,在室温下反应6h。
D、同实施例1。
E、将京尼平以5mg/mL溶解在PBS(pH≈7.4)中。将清洗干燥的样品浸泡在京尼平溶液中,37℃反应12h。
反应结束后,对E步骤所得的样品清洗,并在N2氛围下干燥。
实施例15
本实施例提供了一种具有蛋白涂层的交联材料,其经以下方法制备而得:
A、待表面改性材料为PS。其余同实施例1。
B、同实施例1。
C、将牛血清白蛋白以20mg/mL浓度溶解在UP水中,聚赖氨酸以20mg/mL浓度溶解在UP水中,过硫酸铵以30mg/mL浓度溶解在UP水中,硫酸铜以1mg/mL浓度溶解在UP水中。
将牛血清溶液、聚赖氨酸溶液、过硫酸铵溶液、硫酸铜溶液以1:1:1:1的体积比混合,得到混合反应液(改性溶液)。
将B步骤处理过的待改性材料浸没在混合反应溶液中,在室温下反应6h。
D、同实施例1。
E、将京尼平以5mg/mL溶解在PBS(pH≈7.4)中。将清洗干燥的样品浸泡在京尼平溶液中,室温(25℃)反应24h。
反应结束后,对E步骤所得的样品清洗,并在N2氛围下干燥。
试验例
以实施例1为例,通过血小板黏附与激活实验及抗菌实验测定所得的溶菌酶白蛋白蛋白交联涂层的抗血小板黏附以及抗菌效果。
测定方法和条件如下:
血小板黏附实验:选用枸橼酸钠真空采血管抽取不同人新鲜血液,抽取后轻轻晃匀。以1500r/min离心15min,获得富血小板血浆(PRP)。之后在对照样和试验样表面加入300μL的PRP,确保材料表面富板浆覆盖完全,37℃水浴孵化30min。孵育结束后,用生理盐水轻轻清洗样品3次,加入2.5%的戊二醛固定12h。固定结束后,吸出戊二醛,用生理盐水轻轻清洗样品三遍,之后分别依次使用50、75、90和100%(乙醇与水的体积百分比)的乙醇置于通风橱内对样品脱水30min,样品干燥后做喷金处理,通过扫描电镜观察样品表面血小板黏附与激活情况。每组样品设置三个平行样。
抗菌实验:将菌种采用划线法接种在固体培养基上于37℃活化24h。取活化后的单克隆菌株于37℃在液体培养基中培养18h。以含1‰液体培养基的生理盐水作为菌液稀释液,稀释培养好的菌液至浓度达到2.5×105-10×105之间,在灭菌好的材料表面滴加0.1mL稀释好的菌液,确保铺平材料表面,而菌液不掉出材料表面。之后在菌液表面盖一层无菌的PE膜,防止水分蒸发,将样品于37℃培养24h。24h之后,在每个样品孔内滴加1mL生理盐水,稀释菌液,并利用移液枪反复吹打,使生理盐水与细菌液体混合均匀,且吹打下吸附在材料表面的细菌。吹打结束后吸取20微升稀释好的菌液,平板涂布。24h后观察培养皿内细菌生长情况,并拍照。
测定结果如图1和图2所示,其中,SR为对照组(对应空白基底硅胶橡胶);PDA对应在硅橡胶表面沉积一层多巴胺涂层;PDA-LB@Cu对应在多巴胺修饰过得硅橡胶表面沉积一层溶菌酶、白蛋白与铜离子的共组装涂层,PDA-LB@Cu-GP对应将得到的改性样浸没在京尼平溶液中12h获得的交联涂层。图1中上面一排对应对照样品和实验样品表面放大倍数为5000倍的扫描电镜图片,下面一排对应对照样品和实验样品表面放大倍数为1000倍的扫描电镜图片;图2中上面一排对应S.epidermidis的抗菌效果,下面一排对应E.coil的抗菌效果。
由图1可以看出:相对于对照组的空白基底硅橡胶(SR),改性组的血小板黏附显著减少,改性组具有优异的抗血小板黏附效果。
由图2可以明显看出:相比于对照组硅橡胶(SR),改性组的对大肠杆菌和表面葡萄球菌的抗菌效果达到99%。
由上述结果可以看出:本申请制备的涂层具有优异的抗血小板黏附以及抗菌效果,满足临床使用的抗凝以及抗菌需求。并且交联剂的使用显著地提高了涂层稳定性。
综上,本申请提供的制备方法基于铜离子及氧自由基诱导的构建化学交联功能蛋白涂层,能够在待改性材料表面修饰蛋白涂层,赋予其生物功能性,使其不易凝固,更好地满足临床应用的需求,与此同时,能够使蛋白涂层在待改性材料表面的结合更加牢固,解决蛋白涂层在体内容易降解的问题。
以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有蛋白涂层的交联材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:将待改性材料与多巴胺溶液混合以得到多巴胺修饰的待改性材料;之后将所述多巴胺修饰的待改性材料与改性溶液混合以在所述多巴胺修饰的待改性材料的表面自组装形成蛋白涂层;随后再与交联剂溶液混合以发生交联反应;
所述多巴胺溶液的制备原料包含多巴胺及其衍生物中的至少一种;所述改性溶液的制备原料包括氧化剂溶液、可溶性铜盐以及蛋白质溶液;所述交联剂溶液中所含的交联剂包括京尼平及其衍生物、戊二醛及其衍生物、多酚及其衍生物中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,将待改性材料与多巴胺溶液混合是将待改性材料浸没于所述多巴胺溶液内,于0-60℃的有氧条件下反应2-72h;
优选地,所述多巴胺溶液所用的浓度为0.01-100mg/mL;
优选地,所述多巴胺溶液的pH值为8-9;
优选地,所述多巴胺溶液的溶剂为浓度为0.01-100mg/mL的Tris缓冲液。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,多巴胺修饰的待改性材料与所述改性溶液混合是将多巴胺修饰的待改性材料浸没于所述改性溶液内,于15-60℃的条件下反应2-72h;
优选地,所述改性溶液所用的所述氧化剂溶液、所述可溶性铜盐以及所述蛋白质溶液的浓度均独立地为0.01-100mg/mL,所述氧化剂溶液、所述可溶性铜盐以及所述蛋白质溶液的体积比为1:1:1。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述氧化剂溶液中的氧化剂包括无机过氧化物及有机过氧化物中的至少一种;
优选地,所述有机过氧化物包括过硫酸盐、高碘酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、H2O2、硝酸盐和高锰酸盐中的至少一种;
优选地,所述无机过氧化物包括Na2O2、K2O2、MgO2、CaO2和BaO2中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述可溶性铜盐包括氯化铜、氯化亚铜、硫酸铜、硫酸亚铜、溴化铜、溴化亚铜、碘化铜、碘化亚铜、硝酸铜、碳酸铜、柠檬酸铜、酒石酸铜、丙酸铜和醋酸铜中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述蛋白质溶液中的蛋白质包括白蛋白、溶菌酶、聚赖氨酸、胶原蛋白、纤维蛋白、乳清白蛋白、角蛋白和丝蛋白中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述待改性材料包括金属材料、无机材料、高分子材料、天然生物材料以及人工合成多肽类凝胶材料中的至少一种;
优选地,所述金属材料包括不锈钢、钴基合金、钛及其合金、镍钛合金、铂及其合金、镁及其合金、铁及其合金、锌及其合金中的至少一种;
优选地,所述无机材料包括二氧化钛、碳素材料、硅、二氧化硅、羟基磷灰石、磷酸钙、氮化硅、碳化硅、硅铝酸盐、钙铝系、生物玻璃、磷酸钙、氧化钛、氮化钛和生物医用微纳米粒子中的至少一种;
优选地,所述生物医用微纳米粒子包括四氧化三铁纳米粒子、二氧化硅纳米粒子、氧化钛纳米粒子和氧化锌纳米粒子中的至少一种;
优选地,所述高分子材料包括涤纶、聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚乙醇酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯、聚乳酸、乙交酯-丙交酯共聚物、聚三亚甲基碳酸酯、聚己内酯、聚羟基脂肪酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚酰胺、聚二恶烷酮、环氧树脂、硅橡胶、硅凝胶、聚丙烯酸及其衍生物、聚乙二醇及其衍生物和聚乙烯醇中的至少一种;
优选地,所述天然生物材料包括动物来源的脱细胞组织和器官、明胶、胶原蛋白、透明质酸钠、纤维蛋白、海藻酸钠、琼脂糖、丝蛋白、角质蛋白以及多糖中的至少一种;优选地,所述动物来源的脱细胞组织和器官包括血管、瓣膜、心脏、骨、肺、韧带、膀胱、粘膜、角膜中的至少一种;优选地,所述多糖包括可塑性淀粉材料、纤维素、半纤维素、木质素、甲壳素及其衍生物中的至少一种;
优选地,所述人工合成多肽类水凝胶材料包括L-赖氨酸以及聚L-谷胺酸中至少一种。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,与所述交联剂溶液混合是将所述待改性材料表面自组装形成蛋白涂层后的改性材料浸没于所述交联剂溶液中;
优选地,所述交联剂的浓度为0.01-10mg/mL;
优选地,所述改性材料在所述交联剂溶液中的浸没时间为1s-10天。
9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在与所述改性溶液混合前,还包括清洗所述待改性材料的表面;
优选地,清洗采用等离子体清洗方式进行;
优选地,等离子体清洗条件包括:气体流率为0.01-20mL/min、直流电压为50-300V、输出功率10-400W、处理时间为1min-24h;
优选地,还包括将所述待改性材料表面自组装形成蛋白涂层后的改性材料进行清洗干燥;
优选地,还包括将交联反应后的交联产品进行清洗干燥;
优选地,两次干燥均采用氮气吹干。
10.一种具有蛋白涂层的交联材料,其特征在于,经权利要求1-9任一项所述的制备方法制备而得。
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